PC-Elektronik Labor FRANZIS NEU! inkl.* NI Multisim. Praxisnahes Lernen mit dem PC als Simulationssystem PC & ELEKTRONIK.

Ähnliche Dokumente
Simulationsverfahren in der Elektrotechnik

PC & Elektronik. PC-Elektronik Labor. von Herbert Bernstein. überarbeitet. Franzis Verlag, Poing 2008

PC & Elektronik. Herbert Bernstein. PC Digital. Labor. Pnaxisnahes Lernen mit TTL- und CMOS- Bausteinen. Mit 317 Abbildungen FRANZIS

175 Experimente. Elektronik Design Labor

Elektrotechnische/Elektronische Grundlagen. Lehrpläne. Grundlagen Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis. 1. Gleichstromkreis...13

Leistungsbauelemente sind zur besseren Wärmeabfuhr in halbgeöffnete Leichtmetallgehäuse eingebaut.

Inhaltsverzeichnis. Teil I. Grundlagen

Lehr- und Übungsbuch Elektronik

CMOS-Schaltkreis 291 Colpitts-Oszillator 278 Current Probe 203

Elektrotechnik. Elektronik

Mikrocontrollerprogrammierung in Assembler und C

.Universelles Demonstrationssystem für Grundlagen der Digitaltechnik /

INHALTSVERZEICHNIS Reihenschaltungen... 66

Grundlagen der Elektronik

Inhaltsverzeichnis Grundlagen der Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis. 1 Elektrische Leitung und Widerstände. 2 Homogene Halbleiterbauelemente. 3 Halbleiterdioden. 4 Kondensatoren

MOP: Befehlsliste für den Mikrocontroller 8051

Lehrplan. Elektrotechnik. Höhere Berufsfachschule für Automatisierungstechnik. Ministerium für Bildung

V0~~ärts-RUckw~-Dezim~lef74190undCBit-Binllnatiler

Angewandte Physik II: Elektronik

Lehrplan. Elektronik. Fachschule für Technik. Fachrichtung Mikrosystemtechnik. Fachrichtungsbezogener Lernbereich

ρ = 0,055 Ωmm 2 /m (20 C)

Modul 2. Fahrzeug-Elektronik. Automobildiagnostiker mit eidg. Fachausweis. Fachrichtung Nutzfahrzeuge. Fachrichtung leichte Motorfahrzeuge

ln halt E in leitu ng

Grundlagen der Datenverarbeitung

Fachbereich IuE Labor für Grundlagen der Elektrotechnik

125 Versuche mit dem Oszilloskop

Häufig verwendete. Formelzeichen Grundlagen und Grundbegriffe 17

Spannungen und Ströme

, Einführung in die elektrische Messtechnik

Aufgabensammlung. a) Berechnen Sie den Basis- und Kollektorstrom des Transistors T 4. b) Welche Transistoren leiten, welche sperren?

Kennlinienaufnahme elektronische Bauelemente

Enseignement secondaire technique. ELETE Électrotechnique

Seite 2 E 1. sin t, 2 T. Abb. 1 U R U L. 1 C P Idt 1C # I 0 cos t X C I 0 cos t (1) cos t X L

Bauelemente und Grundschaltungen Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann

1 Wechselstromwiderstände

POGGENDORFSCHE KOMPENSATIONSMETHODE

Inhaltsverzeichnis. Teil I Aufgaben 1

1 NF-Röhrenverstärker in Zeiten digitaler Audiotechnik... 1

UniTrain. UniTrain-Kurse. UniTrain-Kurse. Lucas Nülle GmbH Seite 1/10

Strom - Spannungscharakteristiken

Kommunikationselektroniker

Aufgaben und Lösungen Elektrotechnik

ARBEITSPROGRAMM. Elektronikerin - Elektroniker EFZ

Die vorliegenden Unterlagen wurden im Rahmen des

Laborübung Gegentaktendstufe Teil 1

ROBUSTE STROM-PHASENWINKELMESSUNG FÜR CPS-FREQUENZUMRICHTER MIT... OPTIMIERTEM AUSGANGS-LEISTUNGSFAKTOR

Einteilung der Kippschaltungen (Schaltwerke) (=Flipflops)

Dabei ist der differentielle Widerstand, d.h. die Steigung der Geraden für. Fig.1: vereinfachte Diodenkennlinie für eine Si-Diode

Grundlagen der Digitaltechnik

Grundtypen Flip-Flops

Elektrotechnik/Elektronik für Maschinenbauer

Befehlssatz der Mikrocontroller der 51er -Familie

1. Ablesen eines Universalmessgerätes und Fehlerberechnung

Praktikum Grundlagen der Elektronik

Schaltnetzteile und ihre Peripherie

Halbleiterbauelemente

Franzis Ingenieur-Elektronik. Jan Hendrik Jansen. Anwendung digitaler Bausteine. Beispiele komplexer Teilschaltungen aus digitalen Bausteinen

Befehlssatz der Mikrocontroller der 51er -Familie

Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann

Stoffplan ELT Wintersemester

VEB VERLAG TECHNIK BERLIN

Aufgabensammlung Elektrotechnik 1

Elektrotechnik/ Elektronik für Maschinenbauer

Elektronik- und Messtechniklabor, Messbrücken. A) Gleichstrom-Messbrücken. gespeist. Die Brücke heisst unbelastet, weil zwischen den Klemmen von U d

Aufgabe Summe Note Mögliche Punkte Erreichte Punkte

Delton T. Hörn. Grundlagen der ELEKTRONIK. Übersetzt und bearbeitet von Alfred Eibimayr. Markt&Technik Verlag AG ^2/1.2*5(0*0

Wechselspannungskreis Definition Teil C: Wechselstromkreis Beschreibungsgrößen Wechselspannung:

Filter zur frequenzselektiven Messung

Bei Aufgaben, die mit einem * gekennzeichnet sind, können Sie neu ansetzen.

Experiment Audio-Elektronik

V8 : Messen elektrischer Größen

Elektronik. Lehr- und Übungsbuch für Grundschaltungen der Elektronik, Leistungselektronik, Digitaltechnik/Digitalisierung mit einem

Elektrische Meßtechnik

Elektrische Messtechnik, Labor

Grundlagen der elektrischen Meßtechnik

Elektrische Logigsystem mit Rückführung

Enseignement secondaire technique

Copyright by EPV. Inhaltsverzeichnis. Allgemeine Lehrgangsinformationen

Fachbereich Physik Dr. Wolfgang Bodenberger

Geneboost Best.- Nr Aufbau Der Stromverstärker ist in ein Isoliergehäuse eingebaut. Er wird vom Netz (230 V/50 Hz, ohne Erdung) gespeist.

Achtung: Bei der Inbetriebnahme von TTL-Bausteinen ist zu beachten, daß der Anschluß

Klausur , Grundlagen der Elektrotechnik I (BSc. MB, SB, VT, EUT, BVT, LUM) Seite 1 von 6. Antwort (ankreuzen) (nur eine Antwort richtig)

Elektronenstrahloszilloskop

3.5. Aufgaben zur Wechselstromtechnik

Amateurfunkkurs. Erstellt: Landesverband Wien im ÖVSV. Passive Bauelemente. R. Schwarz OE1RSA. Übersicht. Widerstand R.

Simulink: Einführende Beispiele

Inhaltsverzeichnis. Inhalt. 1 Einleitung

3B SCIENTIFIC PHYSICS

1. Frequenzverhalten einfacher RC- und RL-Schaltungen

ELEKTRONIK - Beispiele - Dioden

Praktikum: Schaltungstechnik II Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann

Rotierende Leiterschleife

Mikrocontrollertechnik

Versuch 3. Frequenzgang eines Verstärkers

Elektrotechnisches Laboratorium

Hochpass, Tiefpass und Bandpass

Institut für Informatik. Aufgaben zum Elektronik - Grundlagenpraktikum. 4. Praktikumskomplex - Schaltungen mit digitalen Speicherschaltkreisen

C04 Operationsverstärker Rückkopplung C04

Transkript:

FRANZIS PC & ELEKTRONIK Herbert Bernstein NEU! Jetzt zusätzlich mit Mikrocontroller und Platinenlayout Das ganze Wissen der Elektonik auf über 1.400 Seiten 6. überarbeitete Nachauflage PC-Elektronik Labor Praxisnahes Lernen mit dem PC als Simulationssystem inkl.* NI Multisim Schüler- und Studentenversion mit über 1.000 Simulationsbeispiele

Inhalt 1 Einführung in die Schaltungssimulation.............................. 27 1.1 Modelle für lineare und nicht lineare Bauteile................... 27 1.1.1 Modelle für digitale Bausteine............................... 29 1.1.2 Erstellung von Bibliotheken und Modellen..................... 31 1.2 Quellen-Bauteilbibliothek................................... 34 1.2.1 Spannungs- und Stromquellen............................... 35 1.2.2 Einstellbare Signalquellen.................................. 40 1.2.3 Kontrollierbare Funktionsblöcke.............................. 47 1.2.4 Kontrollierbare Spannungsquellen............................ 50 1.3 Basis-Bauteilbibliothek..................................... 52 1.3.1 Virtuelle Bauelemente...................................... 53 1.3.2 Reale Bauelemente........................................ 66 1.3.3 Messgeräte und Anzeigeelemente............................ 69 1.3.4 Bauteilbibliothek Verschiedenes........................... 78 1.4 nstrument-bauteilbibliothek................................. 88 1.4.1 Multimeter............................................... 89 1.4.2 Funktionsgenerator........................................ 92 1.4.3 Wattmeter................................................ 94 1.4.4 Zwei-Kanal-Oszilloskop..................................... 96 1.4.5 Vier-Kanal-Oszilloskop.................................... 100 1.4.6 Bode-Plotter............................................. 101 1.4.7 Frequenzzähler........................................... 104 1.4.8 Bitmuster-Generator...................................... 105 1.4.9 Logikanalysator.......................................... 107 1.4.10 Logikkonverter........................................... 110 1.4.11 Kennlinienschreiber (I-U-Analysator)......................... 112 1.4.12 Klirrfaktormessgerät...................................... 113 1.4.13 Spektrumanalysator...................................... 116 1.4.14 Netzwerkanalysator....................................... 116 1.4.15 HP-Funktionsgenerator.................................... 118 1.4.16 HP-Multimeter........................................... 119 1.4.17 HP-Oszilloskop........................................... 120 1.4.18 Tektronix-Oszilloskop..................................... 122 1.4.19 LabView-Messgeräte...................................... 123 1.4.20 Tastkopf................................................ 123

Inhalt 2 Spannung, Strom und Widerstand.................................. 125 2.1 Spannung............................................... 125 2.1.1 Simulierte Quellen........................................ 127 2.1.2 Gesteuerte Spannungs- und Stromquellen.................... 128 2.1.3 Funktionsgenerator....................................... 130 2.1.4 Oszilloskop.............................................. 134 2.1.5 Simuliertes Oszilloskop.................................... 136 2.1.6 Messanordnung und einfache Messübungen.................. 139 2.2 Widerstände............................................. 141 2.2.1 Leiterwerkstoffe.......................................... 143 2.2.2 Eigenschaften von Widerständen............................ 145 2.2.3 Bauarten von Widerständen................................ 150 2.2.4 Aufbau einer simulierten Schaltung.......................... 154 2.2.5 Reihenschaltung von Widerständen.......................... 155 2.2.6 Parallelschaltung von Widerständen......................... 158 2.2.7 Gemischte Schaltungen.................................... 159 2.2.8 Potentiometer und Einsteller................................ 162 2.2.9 Spannungsteiler.......................................... 165 2.2.10 Brückenschaltung........................................ 167 2.3 Ohmsches Gesetz........................................ 169 2.3.1 Vorwiderstand........................................... 170 2.3.2 Kenngrößen von Spannungsquellen.......................... 171 2.3.3 Spannungs-, Strom- und Leistungsanpassung................. 173 2.3.4 1. Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktregel).................... 174 2.3.5 2. Kirchhoffscher Satz (Maschenregel)........................ 175 2.3.6 Reihen- und Parallelschaltung von Spannungsquellen........... 176 2.4 Messschaltungen......................................... 179 2.4.1 Messbereichserweiterung bei Spannungsmessern.............. 179 2.4.2 Messbereichserweiterung bei Strommessern.................. 181 2.4.3 Widerstandsmessung..................................... 183 2.4.4 Messungen an Spannungsteilern............................ 186 2.4.5 Dezibel-Messung......................................... 188 2.4.6 Messungen von Spannungsfällen an Leitungen................ 189 2.4.7 Messung von Gleich- und Wechselspannung.................. 190 2.4.8 Oszillografische Spannungs- und Frequenzmessung............ 191 2.4.9 Frequenzmessung mit Lissajous-Figuren...................... 193 2.4.10 Strom-Spannungs-Kennlinie................................ 194 2.5 Widerstandserwärmung bei Reihen- und Parallelschaltung....... 196 3 Kondensator................................................... 201 3.1 Physikalische Grundlagen.................................. 202 3.1.1 Elektrisches Feld......................................... 205 3.1.2 Kondensatoren an Gleichspannung.......................... 205

Inhalt 3.1.3 Aufbau von Festkondensatoren............................. 208 3.1.4 Aufbau von Kunststoffkondensatoren........................ 210 3.1.5 Elektrolytkondensatoren................................... 212 3.1.6 Veränderbare Kondensatoren............................... 214 3.2 Kondensator an Rechteckspannung.......................... 215 3.2.1 Vorgänge am RC-Glied..................................... 215 3.2.2 RC-Glied an symmetrischer Rechteckspannung................. 217 3.2.3 Integrierglied an unsymmetrischer Rechteckspannung.......... 219 3.2.4 Differenzierglied.......................................... 221 3.2.5 Nadelimpulsgenerator..................................... 223 3.2.6 KO-Tastkopf mit frequenzkompensiertem Spannungsteiler....... 224 3.3 Kondensator an Wechselspannung.......................... 226 3.3.1 Kapazitätsmessung durch Strom und Spannung................ 227 3.3.2 Kapazitätsmessung durch Spannungsvergleich................ 228 3.3.3 Parallelschaltung von Kondensatoren........................ 229 3.3.4 Reihenschaltung von Kondensatoren......................... 230 3.3.5 Kapazitive Blindleistung................................... 231 3.3.6 Wirkleistung und Phasenverschiebung....................... 233 3.3.8 Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand............. 237 3.3.9 Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand............. 239 3.4 Filterschaltungen mit Widerständen und Kondensatoren......... 242 3.4.1 RC-Tiefpass.............................................. 243 3.4.2 Arbeiten mit dem Bode-Plotter.............................. 245 3.4.3 RC-Hochpass............................................ 246 4 Spulen, Transformatoren, Relais und Lautsprecher.................... 249 4.1 Physikalische Grundlagen.................................. 249 4.1.1 Magnetischer Fluss und magnetische Feldstärke............... 250 4.1.2 Magnetische Feldstärke und magnetische Flussdichte........... 251 4.1.3 Hysterese............................................... 253 4.1.4 Permeabilität............................................ 255 4.1.5 Magnetische Kernformgrößen............................... 256 4.1.6 Magnetischer Widerstand.................................. 256 4.2 Aufbau und Wirkungsweise von Spulen....................... 259 4.2.1 Luftspulen.............................................. 259 4.2.2 Spulen mit magnetisierbarem Kern.......................... 260 4.2.3 Blechkerne.............................................. 262 4.2.4 Ferritkerne.............................................. 264 4.2.5 Ferritkerne mit und ohne Luftspalt........................... 265 4.2.6 Kerne für Filteranwendungen............................... 267 4.3 Spule an Gleichstrom..................................... 269 4.3.1 Messung einer idealen Spule............................... 269

10 Inhalt 4.3.2 Spule an Rechteckspannung................................ 272 4.3.3 Reihenschaltung von Spulen................................ 274 4.3.4 Parallelschaltung von Spulen............................... 275 4.4 Spule im Wechselstromkreis................................ 275 4.4.1 Messung einer idealen Spule............................... 275 4.4.2 Messung einer realen Spule................................ 276 4.4.3 Reihenschaltung von Widerstand und Spule................... 277 4.4.4 Parallelschaltung von Widerstand und Spule.................. 280 4.5 Filterschaltungen mit Widerstand und Spule................... 283 4.5.1 RL-Tiefpass.............................................. 283 4.5.2 RL-Hochpass............................................. 284 4.6 Transformatoren und Übertrager............................. 285 4.6.1 Funktionsweise.......................................... 286 4.6.2 Kleintransformatoren...................................... 288 4.6.3 Simulation eines idealen Transformators...................... 290 4.6.4 Berechnung eines Transformators........................... 292 4.6.5 Innenwiderstand eines Transformators....................... 294 4.6.6 Kopplung mit Übertragern und Transformatoren................ 294 4.7 Relais.................................................. 297 4.7.1 Aufbau eines Relais....................................... 297 4.7.2 Simuliertes Relais........................................ 299 4.8 Lautsprecher............................................ 300 4.8.1 Aufbau eines Lautsprechers................................ 300 4.8.2 Simulation eines Lautsprechers............................. 302 5 Zusammengesetzte Wechselstromkreise............................ 303 5.1 Reihen- und Parallelschaltung von Widerstand, Kondensator. und Spule............................................... 303 5.1.1 Reihenschaltung von R, C und L............................. 303 5.1.2 Simulation einer RCL-Reihenschaltung........................ 305 5.1.3 Parallelschaltung von R, C und L............................. 309 5.1.4 Simulation einer RCL-Parallelschaltung....................... 311 5.1.5 Leistung im Wechselstromkreis............................. 313 5.1.6 Kompensationsschaltung für den Einphasenbetrieb............ 315 5.2 Schwingkreise........................................... 319 5.2.1 Simulation eines idealen Reihenschwingkreises............... 320 5.2.2 Simulation eines idealen Parallelschwingkreises............... 321 5.2.3 Realer Schwingkreis....................................... 322 5.2.4 Güte und Bandbreite...................................... 324 5.2.5 Simulation realer Widerstände.............................. 326 5.2.6 Simulation eines realen Kondensators........................ 328 5.2.7 Simulation einer realen Spule............................... 330

Inhalt 11 5.3 Filterschaltungen......................................... 333 5.3.1 CL-Bandpass............................................. 333 5.3.2 CL-Bandsperre........................................... 334 5.3.3 Kritische Bandfilter....................................... 335 5.3.4 Einfache LC- und CL-Glieder................................. 337 5.3.5 T- und π-filter............................................ 338 5.3.6 m-filter................................................. 340 5.4 Phasenschieber.......................................... 343 5.4.1 RC-Tiefpass-Phasenkette................................... 343 5.4.2 RC-Hochpass-Phasenkette................................. 344 5.4.3 RC-Bandpass............................................ 345 5.4.4 RC-Bandsperre........................................... 346 5.4.5 Phasenschieberbrücke.................................... 347 5.5 Bandfilter............................................... 348 5.5.1 Induktive Kopplung....................................... 349 5.5.2 Kapazitive Kopfpunktkopplung.............................. 350 5.5.3 Filter mit kapazitiver Fußpunktkopplung...................... 351 6 Dioden und ihre praktischen Anwendungen.......................... 352 6.1 Grundlagen der Halbleitertechnik............................ 352 6.1.1 Eigenschaften von Halbleitermaterial......................... 353 6.1.2 Stromfluss in einem Halbleiter.............................. 355 6.2 Aufbau von Dioden....................................... 361 6.2.1 Raumladung und Raumladeschicht.......................... 361 6.2.2 pn-übergang unter verschiedenen äußeren Bedingungen........ 364 6.2.3 pn-übergang in Sperrrichtung............................... 364 6.2.4 pn-übergang in Durchlassrichtung........................... 366 6.2.5 Kennlinien von Dioden.................................... 367 6.2.6 Farbkennzeichnung von Kleinsignaldioden nach JEDEC und. Pro-Electron............................................. 368 6.2.7 Montage- und Lötvorschriften............................... 371 6.2.8 Wärmeableitung.......................................... 372 6.2.9 Standard-Dioden......................................... 373 6.3 Untersuchung von Dioden.................................. 376 6.3.1 Statische Aufnahme der Kennlinie........................... 376 6.3.2 Statischer und dynamischer Innenwiderstand................. 378 6.3.3 Dynamische Aufnahme der Kennlinie......................... 380 6.3.4 Aufbau von Datenblättern.................................. 382 6.3.5 Begriffserklärungen zu Dioden.............................. 384 6.3.6 Simulation von Dioden.................................... 387 6.3.7 Parameter einer realen Diode............................... 390 6.4 Z-Dioden................................................ 392

12 Inhalt 6.4.1 Statische Kennlinienaufnahme einer Z-Diode.................. 392 6.4.2 Dynamische Kennlinienaufnahme von Z-Dioden................ 395 6.5 Leuchtdioden............................................ 396 6.5.1 Wirkungsweise von Leuchtdioden........................... 397 6.5.2 Aufbau von Leuchtdioden.................................. 399 6.5.3 Simulation von Leuchtdioden............................... 401 6.6 Kapazitätsdioden......................................... 402 6.6.1 Wirkungsweise von Kapazitätsdioden........................ 403 6.6.2 Frequenzabstimmung mit Kapazitätsdiode.................... 405 6.7 Gleichrichterschaltungen................................... 406 6.7.1 Einweggleichrichtung...................................... 408 6.7.2 Zweiweggleichrichtung.................................... 411 6.7.3 Brückengleichrichtung..................................... 413 6.7.4 Drehstrom-Einweggleichrichtung............................ 416 6.7.5 Drehstrom-Brückengleichrichtung........................... 418 6.8 Gleichrichterschaltungen mit Ladekondensator................ 418 6.8.1 Einweggleichrichter mit Ladekondensator..................... 419 6.8.2 Einweggleichrichter mit Ladekondensator für negative. Ausgangsspannung....................................... 424 6.8.3 Zweiweggleichrichtung mit Ladekondensator.................. 425 6.8.4 Brückengleichrichtung mit Ladekondensator.................. 426 6.8.5 Brückengleichrichtung mit Ladekondensator und 100-Hz-Zeitbasis... 427 6.8.6 RC-Siebschaltungen....................................... 428 6.8.7 LC-Siebschaltung......................................... 431 6.9 Spannungsvervielfacherschaltungen......................... 433 6.9.1 Delon- oder Greinacher-Schaltung........................... 433 6.9.2 Villard-Schaltung......................................... 435 6.9.3 Kaskadenschaltung....................................... 436 6.10 Begrenzerschaltungen..................................... 437 6.10.1 Positive Klipper-Schaltung mit Diode......................... 437 6.10.2 Negative Klipper-Schaltung mit Diode........................ 438 6.10.3 Bidirektionale Klipper-Schaltung mit Dioden................... 439 6.10.4 Positive Klipper-Schaltung mit Z-Diode....................... 439 6.10.5 Negative Klipper-Schaltung mit Z-Diode....................... 440 6.10.6 Bidirektionale Klipper-Schaltung mit Z-Dioden................. 442 6.10.7 Differenzierglied mit Amplitudenbegrenzung.................. 442 6.11 Elektronische Schalterfunktionen mit Dioden.................. 444 6.11.1 Diode als Schalter........................................ 444 6.11.2 Diode als Wechselstromschalter............................. 445 6.11.3 Diodenschalter Typ I und II................................. 446 6.11.4 Dioden als Entkopplungselemente........................... 450 6.11.5 Diodendecoder.......................................... 450 6.11.6 ODER-Gatter in RDL-Technik................................. 452

Inhalt 13 6.11.7 UND-Gatter in RDL-Technik................................. 453 6.11.8 Freilaufdiode............................................ 454 6.12 Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden....................... 456 6.12.1 Simulierte Z-Dioden....................................... 457 6.12.2 Einfache Spannungsstabilisierung........................... 458 6.12.3 Stabilisierung bei Eingangsschwankungen.................... 460 6.12.4 Z-Diode zur Unterdrückung von Brummspannungen............. 461 7 Grundlagen und praktische Schaltungslehre des Transistors............ 463 7.1 Aufbau, Herstellung und Bezeichnungen...................... 464 7.1.1 Wirkungsweise des npn-transistors.......................... 466 7.1.2 Statische Kennlinienaufnahme eines npn-transistors in. Emitterschaltung......................................... 468 7.1.3 Dynamische Kennlinienaufnahme eines npn-transistors in. Emitterschaltung......................................... 473 7.1.4 Untersuchung der Verstärkerwirkung eines npn-transistors....... 476 7.1.5 Untersuchung der Verstärkerwirkung eines pnp-transistors....... 480 7.1.6 Emittergrundschaltung eines npn-transistors.................. 481 7.1.7 Kollektorgrundschaltung eines npn-transistors................. 483 7.1.8 Basisgrundschaltung eines npn-transistors.................... 485 7.2 Verstärkerschaltungen mit Transistor......................... 487 7.2.1 Ruhestromeinstellung für den A-Betrieb...................... 487 7.2.2 Ruhestromeinstellung für den A-Betrieb durch. Spannungsteiler.......................................... 489 7.2.3 Ruhestromeinstellung und Temperaturstabilisierung durch. Stromgegenkopplung..................................... 490 7.2.4 Ruhestromeinstellung für den A-Betrieb durch. Spannungsgegenkopplung................................. 493 7.3.1 Kapazitive Signalkopplung................................. 494 7.3.2 Kapazitive Signalkopplung mit wechselstromgegengekoppelter. Transistorstufe........................................... 498 7.3.3 Kapazitive Signalkopplung mit spannungsgegengekoppelter. Transistorstufe........................................... 501 7.3.4 Transistorstufe mit Bootstrap-Schaltung...................... 503 7.3.5 Zweistufiger Verstärker mit Gleichstromkopplung............... 505 7.3.6 Zweistufiger Verstärker mit komplementären Transistoren........ 506 7.3.7 Zweistufiger Verstärker mit kapazitiver Kopplung............... 508 7.3.8 Zweistufiger Verstärker mit gemeinsamer. Arbeitspunktstabilisierung................................. 509 7.3.9 Zweistufiger komplementärer Verstärker mit gemeinsamer. Arbeitspunktstabilisierung................................. 510 7.3.10 Zweistufiger Verstärker mit Emitterfolger...................... 511 7.3.11 Verstärker in Basisschaltung................................ 512

14 Inhalt 7.4 Transistor als Schalter..................................... 514 7.4.1 Statische Schaltstufe mit einem ohmschen Verbraucher......... 516 7.4.2 Dynamische Schaltstufe mit einem ohmschen Verbraucher....... 519 7.4.3 Schalten einer ohmschen Last mit Transistor.................. 520 7.4.4 Schalten einer induktiven Last mit Transistor.................. 521 7.4.5 Schalten einer kapazitiven Last mit Transistor.................. 523 7.5 NF-Verstärker............................................ 524 7.5.1 Zweistufiger Vorverstärker.................................. 526 7.5.2 Vorverstärker mit Klangregler............................... 532 7.5.3 Rauscharmer NF-Vorverstärker.............................. 534 7.5.4 Leistungsverstärker im A-Betrieb............................ 536 7.5.5 Leistungsverstärker mit Trafo im Eintakt-A-Betrieb.............. 540 7.5.6 Leistungsverstärker mit verbessertem Eintakt-A-Betrieb......... 541 7.5.7 Gegentaktverstärker mit Trafo im B-Betrieb.................... 543 7.5.8 Komplementärer Leistungsverstärker im B-Betrieb.............. 545 7.5.9 Komplementärer Leistungsverstärker im AB-Betrieb............. 548 7.5.10 Leistungsverstärker mit Darlington-Stufe im A-Betrieb........... 549 7.6 Differenzverstärker....................................... 553 7.6.1 Statisches und dynamisches Verhalten....................... 553 7.6.2 Differenzverstärker mit Konstantstromquelle.................. 555 7.6.3 Differenzverstärker als Regeleinheit.......................... 557 7.7 Stabilisierungsschaltungen für Spannungen und Ströme......... 559 7.7.1 Einfache Serienstabilisierungsschaltung...................... 560 7.7.2 Einstellbares Netzgerät.................................... 561 7.7.3 Geregeltes Netzgerät...................................... 563 7.7.4 Verbesserte Konstantspannungsquelle....................... 566 7.7.5 Elektronische Netzgeräte mit Darlington-Stufe................. 567 7.7.6 Elektronische Sicherung................................... 569 7.7.7 Kurzschlussfeste Stabilisierungsschaltung.................... 574 7.7.8 Einstellbares Netzgerät für positive bis negative Spannung....... 576 7.7.9 Parallelstabilisierung...................................... 577 7.7.10 Konstantstromquellen..................................... 579 7.8 Digitale Transistorschaltungen.............................. 582 7.8.1 NICHT-Gatter............................................. 582 7.8.3 NOR-Gatter in DTL- und RTL-Technik.......................... 586 7.8.4 Äquivalenz-Gatter in RTL-Technik............................ 589 7.8.5 RS-Kippglieder (Flipflops) in RTL-Technik...................... 590 7.8.6 Astabiles Kippglied (Rechteckgenerator)...................... 591 7.8.7 Monostabiles Kippglied.................................... 593 7.8.8 Schmitt-Trigger........................................... 595 7.9 Signalgeneratoren........................................ 597 7.9.1 Rechteckgenerator........................................ 597 7.9.2 Blinkschaltung........................................... 599 7.9.3 Sperrschwinger.......................................... 601

Inhalt 15 7.9.4 Impulsgenerator.......................................... 603 7.9.5 LC-Oszillatoren........................................... 604 7.9.6 RC-Phasenschiebergenerator............................... 607 7.9.7 Wien-Brückengenerator.................................... 609 7.10 Zeitgeberschaltungen..................................... 610 7.10.1 Relais mit Anzugsverzögerung.............................. 611 7.10.2 Relais mit Abfallverzögerung................................ 612 8 Schaltungen mit Feldeffekttransistoren und MOSFETs................. 615 8.1 Sperrschicht-FET.......................................... 617 8.1.1 Untersuchung eines n-kanal-fets............................ 618 8.1.2 FET-Verstärker in Sourceschaltung........................... 621 8.1.3 FET-Verstärker in Drainschaltung............................. 624 8.1.4 FET-Verstärker in Gateschaltung............................. 626 8.2 Schaltungstechnik mit Feldeffekttransistoren.................. 627 8.2.1 Konstantstromquelle mit FET............................... 627 8.2.2 FET-Vorverstärker......................................... 629 8.2.3 FET-Vorverstärker mit Stromgegenkopplung................... 632 8.2.4 Zweistufiger FET-Vorverstärker.............................. 634 8.2.5 FET-Vorverstärker mit Klangregler............................ 635 8.2.6 Messvorverstärker....................................... 637 8.2.7 Feldeffekttransistor als Analogschalter....................... 640 8.2.8 Differenzverstärker mit Konstantstromquelle.................. 641 8.2.9 Differenzverstärker mit Darlington-FET-Eingängen.............. 642 8.2.10 Differenzverstärker in FET-Technologie........................ 643 8.3 MOSFET-Transistoren...................................... 644 8.3.1 Aufbau und Wirkungsweise................................. 645 8.3.2 Sourceschaltung mit n-kanal-anreicherungstyp................ 648 8.3.3 Zweistufiger Vorverstärker.................................. 652 8.3.4 Drainschaltung mit n-kanal-mosfet-anreicherungstyp.......... 652 8.3.5 Sourceschaltung mit n-kanal-verarmungstyp.................. 653 8.3.6 MOSFET als Analogschalter................................. 654 8.3.7 CMOS-Analogschalter..................................... 656 8.3.8 NICHT-Gatter in CMOS-Technik.............................. 657 8.3.9 NAND-Gatter in CMOS-Technik.............................. 659 8.3.10 NOR-Gatter in CMOS-Technik................................ 660 9 Thyristoren und TRIACs........................................... 662 9.1 Vierschichtdiode......................................... 663 9.2 Unijunktiontransistor und programmierbarer. Unijunktiontransistor...................................... 667 9.3 Optokoppler............................................. 675 9.4 Thyristor................................................ 677

16 Inhalt 9.4.1 Gleichstromzündung eines Thyristors...................... 680 9.4.2 Wechselstromzündung eines Thyristors.................... 683 9.4.3 Impulszündung des Thyristors............................ 685 9.4.4 Dynamisches Verhalten von Thyristoren.................... 687 9.4.5 Löschverfahren........................................ 690 9.4.6 Reihen- und Parallelschaltung von Thyristoren............... 693 9.4.7 Schutzschaltungen..................................... 695 9.5 Thyristor als Leistungsschalter............................ 697 9.5.1 Schaltende Leistungssteuerung........................... 699 9.5.2 Prinzip der Phasenanschnittsteuerung..................... 700 9.5.3 Phasenanschnittsteuerung mit Thyristor.................... 704 9.5.4 Phasenanschnittsteuerung mit zwei Thyristoren.............. 706 9.5.5 Phasenanschnittsteuerung mit Thyristor im Gleichstromkreis... 707 9.5.6 Phasenanschnittsteuerung mit Thyristor im Wechselstromkreis 709 9.5.7 Nullspannungsschalter mit Thyristor....................... 711 9.5.8 Schwingungspaketschalter............................... 712 9.6 Leistungselektronik mit TRIACs............................ 715 9.6.1 Aufbau eines DIACs..................................... 715 9.6.2 Aufbau eines TRIACs.................................... 717 9.6.3 Phasenanschnitt mit DIAC und TRIAC....................... 721 9.6.4 Kühlung für Thyristoren und TRIACs........................ 723 9.6.5 Thermische Ersatzschaltung.............................. 727 10 Drehstrom, Wechselstrom und VDE-Vorschriften..................... 731 10.1 Drehstrom............................................ 734 10.1.1 Sternschaltung bei symmetrischer Belastung................ 735 10.1.2 Sternschaltung mit angeschlossenem Nullleiter.............. 739 10.1.3 Unsymmetrische Belastungen in einer Sternschaltung........ 742 10.1.4 Dreieckschaltung mit verschiedenen Belastungen............ 748 10.1.5 Stern-Dreieck-Schaltung................................. 754 10.1.6 Drehstromleistung...................................... 756 10.2 Schutzmaßnahmen..................................... 763 10.2.1 Stromschlag........................................... 764 10.2.2 Fehlerstromkreis....................................... 767 10.2.3 Leitungsschutz-Sicherungen.............................. 773 10.3 Verteilungssysteme..................................... 774 10.3.1 TN-Verteilungssystem................................... 775 10.3.2 Erdung und Schutzleiter nach DIN VDE 0100 Teil 540......... 777 10.3.3 TT-Netz............................................. 781 10.3.4 Schutz durch Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD).............. 786

Inhalt 17 11 Analoge Schaltungstechnik mit Operationsverstärkern............... 790 11.1 Analoge Verstärkerfamilien............................... 791 11.1.1 Vergleich zwischen diskreten, hybriden und integrierten. Verstärkerschaltungen.................................. 792 11.1.2 Technologien für Verstärker.............................. 794 11.1.3 Interner Schaltungsaufbau von Operationsverstärkern........ 797 11.1.4 Betriebsarten eines Operationsverstärkers.................. 799 11.1.5 Übertragungscharakteristik bei Operationsverstärkern........ 801 11.1.6 Betriebsarten für eine Mit- und Gegenkopplung.............. 802 11.1.7 Invertierender Betrieb................................... 804 11.1.8 Nicht invertierender Betrieb.............................. 806 11.2 Lineare Schaltungsbeispiele.............................. 809 11.2.1 Addierer oder Summierer................................ 810 11.2.2 Addierer als NF-Mischpult................................ 812 11.2.3 Subtrahierer oder Differenzverstärker...................... 813 11.2.4 Integrator............................................. 815 11.2.5 Differenzierer.......................................... 820 11.3 Statische Schaltungen mit Operationsverstärkern............ 822 11.3.1 Operationsverstärker als Komparator...................... 822 11.3.2 Spannungsvergleicher im gesättigten Verstärkerbetrieb....... 824 11.3.3 Fenster-Komparator..................................... 826 11.3.4 Schmitt-Trigger......................................... 827 11.3.5 Schmitt-Trigger mit erweiterten Funktionen.................. 829 11.3.6 Schmitt-Trigger in nicht gesättigter Betriebsart............... 831 11.3.7 Zweipunktregler........................................ 833 11.3.8 Dreipunktregler........................................ 834 11.4 Netzgeräte mit Operationsverstärker....................... 835 11.4.1 Wahl der richtigen Spannungsreferenz..................... 835 11.4.2 Einfache Referenzspannungsquellen....................... 836 11.4.3 Konstantspannungsquellen.............................. 839 11.4.4 Einstellbares Netzgerät.................................. 842 11.4.5 Einstellbares Netzgerät mit gepuffertem Ausgang............ 846 11.4.6 Einstellbares Netzgerät mit Lgstransistor................... 847 11.4.7 Einfaches Netzgerät für negative Ausgangsspannung......... 849 11.4.8 Parallelstabilisierung mit Operationsverstärker.............. 850 11.4.9 Parallelstabilisierung für höhere Ausgangsströme............ 851 11.4.10 Konstantstromquelle mit Operationsverstärker............... 852 11.4.11 Konstantstromquelle mit Transistor........................ 853 11.5 Messtechnik mit Operationsverstärker...................... 855 11.5.1 Verstärker mit differentiellem Ausgang..................... 856 11.5.2 Differentieller Verstärker mit differentiellem Ausgang.......... 857 11.5.3 Instrumentenverstärker.................................. 857

18 Inhalt 11.5.4 Strom-Spannung- und Spannung-Strom-Wandler............. 859 11.5.5 Spannung- und Strommessung............................ 861 12 Signalgeneratoren, Oszillatoren und Zeitglieder..................... 864 12.1 Rechteckgeneratoren.................................... 865 12.1.1 Grundschaltung eines OP-Rechteckgenerators............... 865 12.1.2 Impulsgenerator........................................ 867 12.1.3 Einstellbarer Impulsgenerator............................. 869 12.1.4 Rechteckgenerator mit Feldeffekttransistor.................. 870 12.2 Monostabile Kippglieder................................. 871 12.3 Sinusgeneratoren....................................... 874 12.3.1 Sinusgenerator mit RC-Phasenschieber..................... 876 12.3.2 Sinusgenerator mit Wien-Robinson-Brücke.................. 879 12.3.3 Quarz-Oszillator........................................ 881 12.3.4 Sinusgenerator mit LC-Glied.............................. 887 12.4 Dreieck- und Sägezahngeneratoren........................ 890 12.4.1 Dreieck-Rechteck-Generator.............................. 890 12.4.2 Sägezahngenerator..................................... 891 12.5 Funktionsgeneratoren................................... 892 12.6 Schaltungen mit dem Zeitgeberbaustein 555................ 896 12.6.1 Innenleben und Anschlussschema......................... 897 12.6.2 Rechteckgenerator mit dem Baustein 555................... 899 12.6.3 Monoflop mit dem Baustein 555.......................... 901 12.6.4 Nachtriggerbares Monoflop mit dem Baustein 555............ 902 12.6.5 Schmitt-Trigger mit dem Baustein 555...................... 903 12.6.6 Symmetrisches Tastverhältnis für den Baustein 555........... 904 12.6.7 Einstellbarer Rechteckgenerator........................... 907 12.6.8 Rechteckgenerator mit einstellbarem Tastverhältnis........... 908 13 Aktive Filterschaltungen........................................ 910 13.1 Filterklassen........................................... 910 13.1.1 Vergleich zwischen den passiven Filtergrundschaltungen...... 911 13.1.2 Passiver Hoch- und Tiefpass 1. Ordnung.................... 913 13.1.3 RC-Filter nach Gauß..................................... 915 13.1.4 Filter nach Gauß, Bessel, Butterworth, Cauer und Tschebyscheff 918 13.1.5 Amplitudengang von Filtern............................... 920 13.2 Aktive Tief- und Hochpassfilter............................ 922 13.2.1 Aktiver Tiefpass 1. Ordnung............................... 922 13.2.2 Aktiver Hochpass 1. Ordnung............................. 925 13.2.3 Aktives Tiefpassfilter 2. Ordnung mit Zweifachgegenkopplung.. 926 13.2.4 Aktives Tiefpassfilter 2. Ordnung mit Einfachmitkopplung...... 929 13.2.5 Aktives Hochpassfilter 2. Ordnung......................... 930

Inhalt 19 13.2.6 Umwandlung von Tiefpass- in Hochpassfilter................ 932 13.3 Aktive Bandpass- und Bandsperrfilter...................... 934 13.3.1 Selektiver Verstärker mit Schwingkreis...................... 934 13.3.2 Selektives Filter 2. Ordnung in Gegenkopplung............... 935 13.3.3 Selektives Filter 2. Ordnung in Mitkopplung................. 936 13.3.4 Aktive Bandsperre mit T-Filter............................. 937 13.3.5 Bandsperre mit T-Filter................................... 938 13.4 Einstellbare Filter....................................... 939 13.4.1 Einstellbares Tiefpassfilter................................ 939 13.4.2 Einstellbares Hochpassfilter.............................. 940 13.4.3 NF-Vorverstärker mit Klangnetzwerk........................ 942 13.4.4 Einstellbares Bandsperrfilter.............................. 944 13.5 Allpassfilter............................................ 946 13.5.1 Allpassfilter 1. Ordnung.................................. 946 13.5.2 Allpassfilter 2. Ordnung.................................. 948 13.6 Aktives Tiefpassfilter höherer Ordnung...................... 949 13.6.1 Berechnungsbeispiele für aktive Tiefpassfilter............... 949 13.6.2 Aktives Tiefpassfilter 3. Ordnung.......................... 952 13.6.3 Aktives Tiefpassfilter 4. Ordnung.......................... 954 13.6.4 Aktive Tiefpassfilter bis zur 10. Ordnung.................... 955 13.7 Kontinuierliche Filterschaltungen.......................... 957 13.7.1 Ein-Verstärkerfilter nach Sallen-Key........................ 958 13.7.2 Multiverstärkerfilter..................................... 960 13.7.3 Universalfilter (state variable-filter)........................ 962 14 Grundfunktionen der TTL-Schaltungstechnik........................ 964 14.1 Arbeiten mit der TTL-Bibliothek........................... 967 14.1.1 Untersuchung des NAND-Gatters 7400..................... 967 14.1.2 Untersuchung des NAND-Gatters 7403N.................... 975 14.1.3 Untersuchung des AND-Gatters 7408...................... 977 14.1.4 Untersuchung des ODER-Gatters 7432..................... 978 14.1.5 Untersuchung des NICHT-Gatters 7404..................... 980 14.1.6 Untersuchung des Exklusiv-ODER-Gatters 7486.............. 981 14.1.7 Untersuchung des Inklusiv-ODER-Gatters................... 983 14.2 Beispiele zur Booleschen Algebra......................... 984 14.2.1 Verknüpfung von Eingangsvariablen....................... 984 14.2.2 Inhibition und Implikation............................... 987 14.2.3 Aufbau einer Antivalenz- bzw. Exklusiv-ODER-Funktion....... 988 14.2.4 Aufbau einer Äquivalenz- bzw. Inklusiv-ODER-Funktion........ 988 14.2.5 UND/ODER/NICHT-Gatter................................ 989 14.2.6 Digitaler Komparator.................................... 992 14.2.7 Größer-Gleich-Kleiner-Vergleicher......................... 994

20 Inhalt 14.2.8 Halbaddierer.......................................... 996 14.2.9 Halbsubtrahierer....................................... 997 14.2.10 Volladdierer........................................... 998 14.2.11 Elektronische Weiche.................................. 1001 14.2.12 Digitaler Polumschalter................................. 1002 14.2.13 Digitaler Drehschalter.................................. 1002 14.3 Codierer............................................. 1005 14.3.1 Dezimal- zu BCD-Codierer mit ODER-Gatter................. 1006 14.3.2 Dezimal- zu BCD-Codierer 74147......................... 1008 14.3.3 Dezimal-zu-Aiken-Codierer.............................. 1012 14.3.4 BCD-zu-Dezimal-Decoder 7442.......................... 1014 14.4 Anzeigeeinheiten mit Decoder........................... 1017 14.4.1 7-Segment-Anzeige ohne und mit 7-Segment-Decoder....... 1018 14.4.2 Pegel- und Signalauswertung mit 7-Segment-Anzeige........ 1024 14.4.3 Dezimal- zu-gray-codierer.............................. 1026 14.5 Schaltkreise in TTL-Technik.............................. 1026 14.5.1 BCD- zu-dezimal-decoder/anzeigentreiber 7445. (o.c., 30 V, 80 ma)....................................... 1027 14.5.2 BCD- zu-7-segment-decoder/anzeigentreiber 7446. (o.c., 30 V)............................................ 1029 14.5.3 Drei-Bit-Binärdecoder/Demultiplexer (3 zu 8) 74138......... 1030 14.5.4 Zwei 2-Bit-Binärdecoder/Demultiplexer 74139............. 1033 14.5.5 BCD-zu-Dezimal-Decoder/Anzeigentreiber 74145........... 1036 14.5.6 Binärer 8- zu-3-prioritätscodierer 74148................... 1038 14.5.7 Zwei 2-Bit-Binärdecoder/Demultiplexer 74155............. 1040 14.6 Speicherschaltungen und spezielle Schaltfunktionen........ 1042 14.6.1 Bistabile Kippschaltungen bzw. Flipflops.................. 1044 14.6.2 NAND- und NOR-Flipflop................................ 1045 14.6.3 NAND- und NOR-Speicherflipflop......................... 1046 14.6.4 D-Flipflop............................................ 1049 14.6.5 JK-Flipflop............................................ 1050 14.6.6 Master-Slave-Flipflop.................................. 1055 14.6.7 JK-Master-Slave-Flipflop 7472........................... 1057 14.6.8 D-Flipflop mit Preset und Clear........................... 1061 14.6.9 Untersuchung und Anwendungen des TTL-Bausteins 7475. (Latch-Funktion)...................................... 1064 14.6.10 Untersuchung und Anwendungen des TTL-Bausteins 74116. (Latch-Funktion)...................................... 1065 14.6.11 Untersuchung und Anwendungen des TTL-Bausteins 74279. (Latch-Funktion)...................................... 1067 14.6.12 Untersuchung und Anwendungen des TTL-Bausteins 74373. (Latch-Funktion)...................................... 1070

Inhalt 21 15 Grundfunktionen der CMOS-Schaltungstechnik.................... 1072 15.1 Kenndaten über die CMOS-Technik....................... 1073 15.1.1 Invertierender CMOS-Buffer 4049........................ 1079 15.1.2 Nicht invertierender CMOS-Buffer 4050................... 1084 15.1.3 Nicht invertierender und invertierender CMOS-Buffer 4041..... 1086 15.1.4 CMOS-NAND-Gatter 4011............................... 1087 15.1.5 CMOS-NOR-Gatter 4001................................ 1088 15.1.6 Elektronische Schalter mit mechanischer Auslösung......... 1093 15.1.7 NOR- und NAND-Flipflops............................... 1094 15.1.8 Sensorenschaltung mit CMOS-Bausteinen................. 1097 15.2 Digitaler Analogschalter................................ 1099 15.2.1 Bilateraler Schalter (Analogschalter)...................... 1100 15.2.2 Arbeitsweise von Analogschaltern........................ 1102 15.2.3 Analoge Frequenzweiche............................... 1103 15.2.4 Programmierbare Eingangsstufen........................ 1104 15.3 Komplexe CMOS-Schaltkreise........................... 1105 15.3.1 BCD-zu-Dezimal-Decoder 4028.......................... 1106 15.3.2 8- zu-3-prioritätscodierer 4532.......................... 1108 15.3.3 4-Bit-Volladdierer..................................... 1110 15.3.4 Sechsfach-Buffer/Logikpegel-Konverter................... 1111 15.3.5 CMOS-Zähler 4017 (Dekadenzähler/Teiler)................. 1111 15.3.6 CMOS-Zähler 4024 (7-stufiger Binärzähler)................ 1115 15.3.7 CMOS-Zähler 4040 (12-stufiger Binärzähler)............... 1116 15.3.8 CMOS-Zähler 4510 (programmierbarer BCD-Zähler).......... 1117 15.3.9 CMOS-Zähler 4516 (programmierbarer 4-Bit-Binärzähler)..... 1118 15.3.10 CMOS-Zähler 4518 (synchroner BCD-Zähler)............... 1119 15.3.11 CMOS-Zähler 4018 (Zähler/Teiler)........................ 1120 15.3.12 CMOS-Zähler 4020 (14-stufiger Binärzähler/Teiler).......... 1121 15.3.13 CMOS-Zähler 4029 (voreinstellbarer Vor-/Rückwärtszähler)..... 1122 15.4 Schieberegister....................................... 1126 15.4.1 Schieberegister mit seriellem Ein- und Ausgang............. 1127 15.4.2 4-Bit-Schieberegister mit seriellem Ein- und Ausgang........ 1129 15.4.3 Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem. Ausgang............................................. 1131 15.4.4 Schieberegister mit parallelem Eingang und seriellem. Ausgang............................................. 1133 15.4.5 Schieberegister mit parallelem Ein- und Ausgang........... 1134 15.4.6 Schieberegister als Ringzähler nach dem Libaw-Craig-Code.... 1134 15.4.7 8-Stufen-Schieberegister 4014 mit Paralleleingang und. Serienausgang....................................... 1137 15.4.8 Statisches CMOS-Schieberegister 4015................... 1139 15.4.9 8-Stufen-Schieberegister 4021........................... 1141

22 Inhalt 15.4.10 Universalschieberegister 4035........................... 1143 15.4.11 Vierphasen-Taktgenerator............................... 1146 16 Praktische Schaltungstechnik mit TTL- und CMOS-Bausteinen........ 1147 16.1 Monostabile Kippschaltung oder Monoflop................ 1147 16.1.1 Monoflops mit NAND- und NOR-Gattern................... 1148 16.1.2 Einfache Monoflops mit NAND- und NOR-Gattern............ 1152 16.1.3 Integriertes Monoflop 74121............................ 1155 16.1.4 Integriertes retriggerbares Monoflop 74123................ 1157 16.1.5 Monoflops für extrem kurze Verzögerungszeiten............ 1158 16.1.6 Verzögerungen von Impulsflanken durch ein Monoflop....... 1160 16.1.7 Impulsverzögerungen durch zwei Monoflops............... 1162 16.1.8 Sequentielle Laufzeitschaltung.......................... 1164 16.2 Rechteckgeneratoren.................................. 1165 16.2.1 Grundschaltungen eines Rechteckgenerators............... 1166 16.2.2 Rechteckgenerator mit Start-Stopp-Eingang................ 1168 16.2.3 Rechteckgenerator mit Monoflop......................... 1169 16.2.4 Rechteckgenerator mit Schmitt-Trigger..................... 1172 16.2.5 Rechteckgenerator mit simulierten CMOS-NICHT-Gattern..... 1174 16.2.6 Quarzstabilisierter Rechteckgenerator..................... 1176 16.3 Frequenzteiler und Zähler............................... 1179 16.3.1 Codes von Zählern.................................... 1181 16.3.2 Frequenzteiler 1:2..................................... 1182 16.3.3 Frequenzteiler 1:4..................................... 1183 16.3.4 Frequenzteiler 1:8..................................... 1186 16.3.5 Frequenzteiler 1:16.................................... 1187 16.3.6 Vor- und Rückwärtszähler............................... 1189 16.3.7 Teiler mit negativ-flankengetriggerten JK-Flipflops........... 1190 16.3.8 Frequenzteiler 1:3..................................... 1191 16.3.9 Frequenzteiler 1:5..................................... 1192 16.3.10 Frequenzteiler 1:6..................................... 1194 16.3.11 Frequenzteiler 1:10.................................... 1195 16.3.12 Dezimalzähler 7490 und 74290.......................... 1197 16.3.13 Modulo-100-Zähler mit zweistelliger Anzeige............... 1202 16.3.14 Modulo-60-Zähler mit zweistelliger Anzeige................ 1203 16.3.15 Modulo-24-Zähler mit zweistelliger Anzeige................ 1204 16.3.16 Modulo-12-Zähler mit zweistelliger Anzeige................ 1205 16.4 Schaltungstechnik mit DA- und AD-Wandler................ 1206 16.4.1 Vierstufiger Sinusgenerator............................. 1209 16.4.2 Treppenstufengenerator................................ 1211 16.4.3 Integrierte D/A-Wandler................................ 1215 16.4.4 AD-Wandler nach dem Zählverfahren...................... 1216 16.4.5 A/D-Wandler mit Nachlaufsteuerung...................... 1219

Inhalt 23 16.4.6 Single-Slope-A/D-Wandler.............................. 1221 16.4.7 Spannungs-Frequenz-Wandler........................... 1223 17 Mikrocontroller 8051.......................................... 1226 17.1 Einleitung............................................ 1227 17.1.1 Architektur des 8051................................... 1231 17.1.2 Speicheraufbau....................................... 1231 17.1.3 Oszillator- und Taktgeberschaltung....................... 1235 17.1.4 Zeitliche Abläufe in der Zentraleinheit..................... 1240 17.1.5 Aufbau und Betrieb der Ports............................ 1242 17.1.6 E/A-Struktur.......................................... 1243 17.1.7 Schreiben in einen Port................................. 1246 17.1.8 Read-Modify-Write-Merkmale............................ 1248 17.1.9 Zugriff auf externe Speicher............................. 1249 17.1.10 Signal PSEN.......................................... 1250 17.1.11 Signal ALE........................................... 1252 17.1.12 Zeitgeber/Zähler und zugehörige Register TMOD und TCON..... 1252 17.1.13 Serielle Schnittstelle................................... 1258 17.1.14 Datenverkehr in Multiprozessorsystemen.................. 1273 17.1.15 Baudraten (Übertragungsraten).......................... 1274 17.1.16 Interrupts............................................ 1275 17.1.17 Einzelschrittbetrieb.................................... 1282 17.1.18 Rücksetzen........................................... 1282 17.1.19 Betriebsarten mit reduzierter Leistungsaufnahme........... 1283 17.1.20 EPROM-Version 8751.................................. 1286 17.1.21 Anschlussbelegung.................................... 1289 17.1.22 Speicherorganisation und Adressierungsarten............. 1293 17.1.23 Boolescher Prozessor.................................. 1298 17.2 Funktionale Aufschlüsselung des Befehlsvorrats............ 1298 17.2.1 Datentransport....................................... 1299 17.2.2 Arithmetische Operationen.............................. 1300 17.2.3 Logische Operationen.................................. 1301 17.2.4 Programmverzweigung zu einem nicht unmittelbar. folgenden Speicherplatz................................ 1302 17.2.5 Adressierungsarten.................................... 1303 17.3 Definition und Beschreibung der 51 grundlegenden Befehle.... 1305 17.4 Definitionen der Befehle des Mikrocontrollers 8051......... 1313 17.4.1 Unbedingter Aufruf einer Subroutine innerhalb 2-Kbytes. im Programmspeicher (ACALL addr11).................... 1313 17.4.2 Addieren (ADD A,<Quellenbyte>).......................... 1313 17.4.3 Addiere mit Übertrag (ADDC A,<Quellenbyte>)............... 1315 17.4.4 Unbedingter Sprung innerhalb 2-Kbytes im. Programmspeicher (AJMP Addr11)........................ 1316

24 Inhalt 17.4.5 Verknüpfe Byte-Variable durch logisches UND. (ANL <Zielbyte>,<Quellenbyte>)........................... 1317 17.4.6 Verknüpfe Bit durch logisches UND zum Übertragsbit. (ANL C,<Quellenbit>)................................... 1319 17.4.7 Vergleiche und springe, wenn ungleich. (CJNE <Zielbyte>,<Quellenbyte>,rel)........................ 1320 17.4.8 Lösche Akkumulator (CLR A)............................. 1322 17.4.9 Lösche Bit (CLR bit).................................... 1322 17.4.10 Komplementiere Akkumulator (CPL A)..................... 1323 17.4.11 Komplementiere direktes bit (CPL bit)..................... 1324 17.4.12 Dezimalkorrektur des Akkumulators bei Addition (DA A)....... 1324 17.4.13 Dekrementieren (DEC byte).............................. 1326 17.4.14 Dividiere Akkumulator durch Register B (DIV AB)............ 1327 17.4.15 Dekrementiere und springe, falls ungleich null. (DJNZ <Byte>,<relative Adresse>).......................... 1328 17.4.16 Inkrementieren (INC <Byte>)............................. 1329 17.4.17 Inkrementiere Datenzeiger (INC DPTR)..................... 1331 17.4.18 Springe, wenn direktes Bit gesetzt ist (JB bit,rel)............ 1331 17.4.19 Springe, wenn direktes Bit gesetzt ist und lösche das Bit. (JBC bit,rel)........................................... 1332 17.4.20 Springe, wenn Übertragsbit gesetzt ist (JC rel).............. 1333 17.4.21 Springe indirekt relativ zu DPTR (JMP @A+DPTR)............ 1333 17.4.22 Springe, wenn direktes Bit nicht gesetzt ist (JNB bit,rel)...... 1334 17.4.23 Springe, wenn Übertragsbit nicht gesetzt ist (JNC rel)......... 1334 17.4.24 Springe, wenn Akkumulator nicht null ist (JNZ rel)........... 1335 17.4.25 Springe, wenn Akkumulator null ist (JZ rel)................. 1336 17.4.26 Unbedingter Aufruf einer Subroutine innerhalb des. 64-Kbyte-Programmspeichers (LCALL addr16).............. 1336 17.4.27 Unbedingter Sprung innerhalb des. 64-Kbyte-Programmspeichers (LJMP addr16)............... 1337 17.4.28 Transportiere Byte-Variable (MOV <Zielbyte>,...<Quellenbyte>)........................................ 1338 17.4.29 Transportiere direktes Bit zum Übertragsbit oder. umgekehrt (MOV <Zielbit>,<Quellenbit>).................... 1341 17.4.30 Lade Datenzeiger mit einer 16-Bit-Konstante. (MOV DPTR,#data16)..................................... 1342 17.4.31 Transportiere Programmbyte (A,@A+<Basisregister>)......... 1343 17.4.32 Transportiere vom oder zum externen RAM. (MOVX <Zielbyte>,<Quellenbyte>)......................... 1344 17.4.33 Multipliziere Akkumulator mit Register B (MUL AB).......... 1346 17.4.34 Keine Operation (NOP)................................. 1346 17.4.35 Verknüpfe Byte-Variable durch logisches ODER. (ORL <Zielbyte>,<Quellenbyte>)........................... 1347